Trong chương trình Vật lí 11 mới, dao động điều hòa là một trong những nội dung nền tảng giúp học sinh hiểu về bản chất các chuyển động lặp lại trong tự nhiên. Bài “Mô tả dao động điều hòa” cung cấp hệ thống các đại lượng cơ bản như li độ, biên độ, chu kỳ, tần số, tần số góc, pha ban đầu và độ lệch pha. Đây là những khái niệm quan trọng để mô tả vị trí, trạng thái và sự khác biệt giữa các dao động cùng loại. Nắm chắc bài học này không chỉ giúp học sinh làm tốt các dạng bài tập về dao động mà còn là cơ sở để học tốt các chương tiếp theo như dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và sóng cơ. Bài viết dưới đây sẽ trình bày đầy đủ, rõ ràng và bám sát hoàn toàn nội dung chính thức của sách giáo khoa – đảm bảo đủ, đúng và dễ hiểu.
Công thức liên hệ giữa tần số và chu kỳ: $ f = \frac{1}{T} $
Đơn vị của tần số là $\text{Hz} = \frac{1}{\text{s}}$ (Héc).
Tần số góc liên hệ với chu kỳ theo công thức: $ \omega T = 2\pi $ hay viết lại: $ \omega = \frac{2\pi}{T} $
Ý nghĩa: $\omega$ cho biết tốc độ thay đổi pha theo thời gian.
Tần số góc không đổi, là một dấu hiệu đặc trưng của dao động điều hòa.
Với mỗi vật và mỗi hệ dao động khác nhau, các đại lượng này cũng khác nhau. Chính vì vậy, chúng được coi là dấu hiệu nhận dạng và phân biệt từng dao động điều hòa.
Ý nghĩa của pha ban đầu:
Đây là đại lượng rất quan trọng vì nó cho biết sự lệch nhau về trạng thái giữa hai dao động.
Đặc điểm quan trọng:
Hai dao động ngược pha thì luôn dao động theo hướng hoàn toàn đối lập.
I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Dao động điều hòa là dạng dao động phổ biến và đơn giản nhất, vì vậy việc hiểu rõ các đại lượng đặc trưng là rất quan trọng. Những đại lượng này không thay đổi theo thời gian và mang tính chất nhận diện mỗi dao động.1. Li độ – đại lượng mô tả vị trí của vật tại thời điểm bất kỳ
Li độ được ký hiệu là $x$, thể hiện độ dịch chuyển của vật so với vị trí cân bằng tại thời điểm $t$.- Nếu $x > 0$: vật lệch về một phía so với vị trí cân bằng.
- Nếu $x < 0$: vật lệch về phía còn lại.
- Nếu $x = 0$: vật đang ở vị trí cân bằng.
2. Biên độ – giá trị dịch chuyển lớn nhất
Biên độ dao động ký hiệu là $A$, đại diện cho độ lệch lớn nhất của vật so với vị trí cân bằng.- $A > 0$ và không bao giờ thay đổi trong suốt quá trình dao động.
- Biên độ càng lớn thì vật chuyển động càng xa vị trí cân bằng.
3. Chu kì – khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần
Chu kỳ ký hiệu là $T$, biểu thị thời gian cần thiết để vật trở lại trạng thái ban đầu (vị trí và chiều chuyển động).- Chu kỳ có đơn vị là giây (s).
- Chu kỳ càng lớn thì dao động diễn ra càng chậm.
- Mỗi dao động điều hòa luôn có một chu kỳ không đổi.
4. Tần số – số dao động trong một giây
Tần số ký hiệu là $f$, được định nghĩa là số dao động mà vật thực hiện trong 1 giây.Công thức liên hệ giữa tần số và chu kỳ: $ f = \frac{1}{T} $
Đơn vị của tần số là $\text{Hz} = \frac{1}{\text{s}}$ (Héc).
- Tần số lớn → vật dao động nhanh.
- Tần số nhỏ → vật dao động chậm.
5. Tần số góc – tốc độ biến thiên pha
Tần số góc được ký hiệu là $\omega$, có đơn vị rad/s.Tần số góc liên hệ với chu kỳ theo công thức: $ \omega T = 2\pi $ hay viết lại: $ \omega = \frac{2\pi}{T} $
Ý nghĩa: $\omega$ cho biết tốc độ thay đổi pha theo thời gian.
Tần số góc không đổi, là một dấu hiệu đặc trưng của dao động điều hòa.
6. Ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng
- Biên độ $A$
- Chu kỳ $T$
- Tần số $f$
- Tần số góc $\omega$
Với mỗi vật và mỗi hệ dao động khác nhau, các đại lượng này cũng khác nhau. Chính vì vậy, chúng được coi là dấu hiệu nhận dạng và phân biệt từng dao động điều hòa.
II. PHA BAN ĐẦU – ĐỘ LỆCH PHA
Pha trong dao động điều hòa là yếu tố quan trọng quyết định vị trí và chiều chuyển động của vật tại thời điểm bất kỳ. Việc hiểu chính xác pha ban đầu và độ lệch pha sẽ giúp mô tả sự khác biệt giữa các dao động có cùng chu kỳ.1. Pha ban đầu $\varphi$
Pha ban đầu cho biết trạng thái của vật tại thời điểm $t = 0$, nghĩa là cho biết:- Vật đang ở vị trí nào?
- Vật sẽ chuyển động theo chiều nào?
Ý nghĩa của pha ban đầu:
- Nếu biết $\varphi$, ta có thể xác định ngay vị trí ban đầu của vật.
- Pha ban đầu giúp xác định phương trình dao động một cách đầy đủ.
2. Độ lệch pha giữa hai dao động cùng chu kỳ
Độ lệch pha là sự khác biệt pha của hai dao động điều hòa có cùng chu kỳ.Đây là đại lượng rất quan trọng vì nó cho biết sự lệch nhau về trạng thái giữa hai dao động.
Đặc điểm quan trọng:
- Độ lệch pha không đổi theo thời gian, dù ta quan sát tại thời điểm nào.
a. Dao động sớm pha
Nếu $ \varphi_1 > \varphi_2 $ → dao động 1 sớm pha hơn dao động 2.b. Dao động trễ pha
Nếu $ \varphi_1 < \varphi_2 $ → dao động 1 trễ pha hơn dao động 2.c. Dao động cùng pha
Nếu $ \varphi_1 = \varphi_2 $ → hai dao động cùng pha (hay đồng pha).d. Dao động ngược pha
Nếu $ \varphi_1 = \varphi_2 + \pi $ → dao động 1 ngược pha với dao động 2.
Last edited by a moderator:
Em cảm ơn thầy ạ
